风力发电装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种发电装置，且特别是涉及一种风力发电装置。
【背景技术】
[0002] 传统的发电方法有水力发电、火力发电、原子能发电等，但这些有例如因水坝造成 的自然破坏、废气污染、辐射能等问题。因此，先进国家或短缺石油资源国家，莫不大力发展 替代能源，以取代传统的发电方法。据此，各种天然资源也先后开发出相对应的发电方式。
[0003] 举例而言，风能是一种因气流流动而产生的可利用能量，其具有丰富、可再生、分 布广泛、不产生污染的优点。其中一种风力发电的方式是通过叶片、螺旋桨或叶轮等转子将 风能转换成机械能，再经过齿轮系统升速，使机械能转变为电能。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种风力发电装置，其提供另一种风力发电的方式。
[0005] 为了达上述目的，本发明的一种风力发电装置，包括喇叭管、至少一支撑框架及多 个压电元件。喇叭管具有相对的第一端与第二端，喇叭管自第一端的截面积至第二端的截 面积呈渐缩。各支撑框架内置于喇叭管的其中一截面且包括多条悬臂。这些压电元件配置 于这些悬臂。
[0006] 在本发明的一实施例中，风力发电装置还包括第一环形框，接触喇叭管的内表面， 且至少部分的这些悬臂的一端连接于第一环形框。
[0007] 在本发明的一实施例中，风力发电装置还包括第二环形框，与第一环形框共圆心， 且至少部分的这些悬臂的一端连接于第二环形框。
[0008] 在本发明的一实施例中，上述的支撑框架的数量为多个，这些支撑框架沿喇叭管 的轴心方向配置于喇叭管的不同截面。
[0009] 在本发明的一实施例中，上述的在任两个这些支撑框架上的这些悬臂朝喇叭管的 任一截面的所在平面上的投影不重叠。
[0010] 在本发明的一实施例中，上述的任两相邻的这些支撑框架之间的距离（厘米）约 为流经喇叭管的气流流量（立方米/每分）的0. 04倍至0. 06倍之间。
[0011] 在本发明的一实施例中，上述的最靠近第一端的支撑框架在喇叭管的任一截面的 所在平面上的投影面积不大于截面面积的35%至50%。
[0012] 在本发明的一实施例中，上述的在任两相邻的这些支撑框架中，靠近第一端的支 撑框架在喇叭管的任一截面的所在平面上的投影面积比靠近第二端的支撑框架在截面的 所在平面上的投影面积多15%。
[0013] 在本发明的一实施例中，上述的支撑框架的数量为四个。
[0014] 基于上述，在本发明的风力发电装置中喇叭管自第一端的截面积至第二端的截面 积呈渐缩，因此，根据气流动力学以及质量守恒的原理，当气流在从第一端流入且从第二端 流出喇叭管的过程中会被加速，以提升气流的流速与动能。此外，将具有悬臂的支撑框架内 置于喇叭管中，且悬臂上配置有多个压电元件，高速的气流流经喇叭管时会震动悬臂，进而 使压电元件震动而发电。另外，本发明的风力发电装置在任两个支撑框架上的这些悬臂朝 喇叭管的任一截面的所在平面上的投影不重叠。如此一来，可确保位于后方的悬臂不会被 前方的悬臂阻挡，而使这些压电元件均能与气流适当碰撞，也可避免喇叭管内压损过大，造 成回压而影响风管气流排放的状况。
[0015] 为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附的附 图作详细说明如下。
【附图说明】
[0016] 图1为本发明的一实施例的一种风力发电装置的示意图；
[0017] 图2是图1的风力发电装置的支撑框架与压电元件的示意图。
[0018] 符号说明
[0019] W :气流
[0020] 100:风力发电装置
[0021] 110 :喇叭管
[0022] 112:第一端
[0023] 114:第二端
[0024] 120 :支撑框架
[0025] 122 :悬臂
[0026] 124 :第一环形框
[0027] 126 :第二环形框
[0028] 128 :连接臂
[0029] 130:压电元件
【具体实施方式】
[0030] 本发明的风力发电装置可配置于具有稳定气流的环境（例如是配置在洗涤塔或 是空调箱等的气流排放流道上），以将风能转换为电能。图1是依照本发明的一实施例的一 种风力发电装置的示意图。图2是图1的风力发电装置的支撑框架与压电元件的示意图。 请参阅图1与图2,本实施例的风力发电装置100包括喇叭管110、至少一支撑框架120及 多个压电元件130。喇叭管110具有相对的第一端112与第二端114,喇叭管110自第一端 112的截面积至第二端114的截面积呈渐缩。
[0031] 根据气流动力学与质量守恒的理论，喇叭管110从第一端112至第二端114的形 状变化，会使得通过喇叭管110的气流W被加速。以下为质量守恒方程式（1)。
[0033] 其中，&为气流W的质量流率，P为气流W的密度，V为气流W通过截面积A的流 速。也就是说，在气流W的质量流率为定值，且喇叭管110从第一端112至第二端114的截 面积呈渐缩的情况下，气流W在流经喇叭管110的过程中会呈持续加速状态。换句话说，在 本实施例中，风力发电装置100利用喇叭管110的形状变化来提升气流W的流速，更进一步 地提升气流W的动能。
[0034] 表一显示喇叭管在不同截面上的气流W的流速值以及风能动量的量值。由表一可 知，风速与喇叭管的截面积成反比，且风能动量P与风速成正比。以下为风能动量P的计算 公式（2)。
[0035] P = M*V1 (2)
[0036] 其中，M为单位面积的气流质量，Vl为气流流速。由此可知，在喇叭管的截面积愈 小处（也就是越后端的位置），气流流速越大，风能动量也越大。
[0039] 各支撑框架120内置于喇叭管110的其中一截面且包括多条悬臂122。如图2所 示，这些压电元件130配置于这些悬臂122。因此，当气流W流经喇叭管110时，高速的气 流W会撞击到位于喇叭管110内的支撑框架120,而对压电元件130施以压力且使支撑框架 120的悬臂122震动。压电元件130便会因压电效应而将风能转换为电能。
[0040] 详细而言，压电效应是电介质材料中一种机械能与电能互换的现象。由于压电元 件130的原子在晶格内呈现特殊排列方式，使其存在应力场与电场耦合的效应。当对压电 元件130施压时，压电元件130内的电偶极矩会因压缩而变短，此时压电元件130为抵抗这 变化会在材料相对的表面上产生等量正负电荷以保持原状，而生成电能。
[0041] 因此，在本实施例中，风力发电装置100通过喇叭管110的形状设计，使流经的气 流升速，且将压电元件130配置在悬臂122上，以使压电元件130受到气流W施压且会随着 悬臂122震动而跟着震动，而产出电能。
[0042] 本实施例提供一种支撑框架120的结构，能够使压电元件接受到较大的外力，而 取得较大发电效益。如图2所示，本实施例的支撑框架120还包括共圆心的第一环形框124 及第二环形框126,第一环形框124接触喇叭管110的内表面，第二环形框126位于第一环 形框124内且与第一环形框124共平面。悬臂122从第一环形框124或是第二环形框126 上沿着径向延伸，也就是如图2所示地呈现出放射状的排列方式。
[0043] 如图1所示，在本实施例中，由于气流W在流经喇叭管110的时候靠近轴心的速度 大于靠近外围的速度，为了使风力发电装置100能够获得较大的发电效益，本实施例的风 力发电装置100特意将位于第一环形框124与第二环形框126之间的悬臂122连接于第一 环形框124,而与第二环形框126之间存在一距离，并且，位于第二环形框126以内的悬臂 122则是连接于第二环形框126,靠近轴心的另一端则是悬空。如此一来，这些悬臂122的 悬空处较固定处更接近轴心位置，能够受到较高速的气流W震动，而使位于悬臂122上的压 电元件130能够产生更多的电能。此外，在本实施例中，第一环形框124与第二环形框126 之间是通过几个连接臂128相连，以固定两者之间的相对位置。
[0044] 当然，在其他实施例中，支撑框架120的形状并不以此为限，支撑框架120可以仅 具有第一环形框124,支撑框架120也可以具有两个偏心的环形框，或是支撑框架120也可 具有三个以上共圆心或是偏心的环形框，只要是可以供悬臂122固定即可。此外，悬臂122 也可以不是沿着第一环形框124或是第二环形框126的径向延伸，悬臂122固定在第一环 形框124或是第二环形框126